การทดลองที่ดำเนินการนอกสถานีอวกาศนานาชาติทำให้เกิดทฤษฎีการโต้เถียงว่าชีวิตจะเดินทางระหว่างดาวเคราะห์ได้อย่างไร
แขนหุ่นยนต์บนสถานีอวกาศนานาชาติในปี 2558 ล้อมรอบด้วยฉากหลังอันมืดมิดไร้ชีวิตชีวา โดยติดตั้งกล่องจุลินทรีย์บนราวจับ 250 ไมล์เหนือพื้นโลก แบคทีเรียจำนวนมากไม่ได้รับการปกป้องจากการโจมตีของรังสีอัลตราไวโอเลตคอสมิก แกมมาและรังสีเอกซ์ เมื่อกลับมายังโลก นักวิทยาศาสตร์สงสัยว่าเชื้อโรคจะอยู่รอดในสภาวะเหล่านี้ได้นานถึงสามปี ความยาวของการทดลองหรือไม่ และหากเป็นเช่นนั้น ผลลัพธ์อาจบอกนักวิจัยเกี่ยวกับความสามารถของชีวิตในการเดินทางระหว่างดาวเคราะห์
นักจุลชีววิทยาใช้เวลาหลายทศวรรษในการศึกษาสัตว์หัวรุนแรง สิ่งมีชีวิตที่ทนต่อสภาวะสุดขั้ว เพื่อดึงเอาสายใยลึกลับที่บอกว่าชีวิตเบ่งบานบนโลกได้อย่างไร extremophiles บางตัวสามารถอาศัยอยู่ในอวกาศโดยไม่มีการป้องกันเป็นเวลาหลายวัน คนอื่นสามารถอยู่ได้นานหลายปี แต่ด้วยการแกะสลักบ้านในหินเท่านั้น การค้นพบนี้สนับสนุนทฤษฎีที่ว่าสิ่งมีชีวิตที่เรารู้จักสามารถถ่ายโอนระหว่างดาวเคราะห์ภายในอุกกาบาตหรือดาวหางได้ ผล การวิจัยใหม่ ที่ ตีพิมพ์ในวันนี้ในFrontier in Microbiologyจากการทดลองบนสถานีอวกาศนานาชาติ แสดงให้เห็นว่าแบคทีเรียDeinococcus radioduransสามารถอยู่รอดได้ในอวกาศอย่างน้อยสามปี อากิฮิโกะ ยามากิชิ นักจุลชีววิทยาจากมหาวิทยาลัยเภสัชศาสตร์และวิทยาศาสตร์เพื่อชีวิตแห่งโตเกียว ซึ่งเป็นผู้นำการศึกษา กล่าวว่าผลการศึกษายังชี้ให้เห็นว่าชีวิตของจุลินทรีย์สามารถเดินทางระหว่างดาวเคราะห์ที่ไม่มีหินป้องกันได้
การศึกษาเกิดขึ้นนอกห้องปฏิบัติการ Kibo ของญี่ปุ่นบนสถานีอวกาศนานาชาติ แต่ก่อนที่การทดลองของยามากิชิจะทำให้มันเข้าสู่วงโคจร JAXA สำนักงานสำรวจอวกาศแห่งประเทศญี่ปุ่นต้องการให้ทีมของเขาโน้มน้าวให้พวกเขาทำสำเร็จก่อนเวลาอันควร “เราอยากจะบอกว่า ‘เราไม่รู้—เราแค่ต้องลอง” แต่สิ่งนี้ไม่ได้รับอนุญาตสำหรับการทดลองในอวกาศ” ยามากิชิกล่าว “ดังนั้นเราจึงต้องพิจารณาว่าจะโน้มน้าวพวกเขาอย่างไร”
Yamagishi และทีมของเขาได้พิจารณาแบคทีเรียหลายชนิด และDeinococcus radioduransมีความโดดเด่นเป็นพิเศษ ระหว่างปี 2010 ถึง 2015 ทีมของเขาทำการทดลองทดสอบD. radioduransกับสภาวะจำลองของสถานีอวกาศนานาชาติ พวกเขาฉายรังสีในระดับสูงแก่ตัวแมลง ลดแรงกดดันสู่สุญญากาศที่เหมือนอวกาศ และเหวี่ยงอุณหภูมิ 140 องศาฟาเรนไฮต์ในเวลาเพียง 90 นาที พวกเขาพบว่าเซลล์มีความทนทานต่อความเครียดอย่างน่าทึ่ง “เราแสดงให้เห็นว่า [แบคทีเรีย] จะอยู่รอดได้โดยการทดลองบนพื้นโลก พวกมันยอมรับเราและเชื่อเรา” เขากล่าว ทีมงานได้รับการอนุมัติจาก JAXA และการทดลองทางโหราศาสตร์ของพวกเขาถูกกำหนดให้เปิดตัวด้วยจรวด SpaceX ในเดือนเมษายน 2015
อาการสะอึกเกิดขึ้นกับการทดสอบที่วางแผนไว้ก่อนเปิดตัว ในขั้นต้น Yamagishi และทีมวางแผนที่จะให้นักบินอวกาศทำการทดลอง แต่พวกเขาได้เรียนรู้ว่าพวกเขาไม่มีทางเลือกสำหรับการทดลองวิทยาศาสตร์ “tethered” นอกสถานีอวกาศนานาชาติอีกต่อไป โชคดีที่ทีมสามารถออกแบบการทดลองโดยใช้แขนกลหุ่นยนต์นั้นได้
แบคทีเรียสามแผงขึ้นไปพร้อมกับจรวด SpaceX: อันหนึ่งสำหรับการสัมผัสหนึ่งปี อีกอันเป็นเวลาสองปี และอีกอันสำหรับสามอัน หลังจากที่นักบินอวกาศเตรียมแผงแล้ว แขนหุ่นยนต์ที่ควบคุมจากโลกก็คว้าแผงและจัดวางให้เข้าที่ แต่ละแผงประกอบด้วยแผ่นอะลูมิเนียมขนาดเล็กสองแผ่นที่มีหลุมตื้น 20 หลุมสำหรับแบคทีเรียที่มีขนาดต่างกัน แผ่นหนึ่งชี้ลงไปที่สถานีอวกาศนานาชาติ อีกคนหนึ่งชี้ไปที่จักรวาล
ทุก ๆ ปี แขนหุ่นยนต์ของ Kibo จะปลดแท่นยึดแผง แล้วนำกลับเข้าไปในสถานีอวกาศนานาชาติ เพื่อให้นักบินอวกาศสามารถส่งตัวอย่างกลับมายังโลกเพื่อทำการวิเคราะห์ได้ ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่า แบคทีเรีย Deinococcusรอดชีวิตจากการทดลองสามปี เซลล์แบคทีเรีย Deinococcusในชั้นนอกของมวลตาย แต่เซลล์ภายนอกที่ตายแล้วเหล่านั้นป้องกันเซลล์ภายในจากความเสียหายของ DNA ที่ไม่สามารถแก้ไขได้ และเมื่อมวลมีขนาดใหญ่พอ—แต่บางกว่ามิลลิเมตร—เซลล์ภายในก็รอดชีวิตมาได้หลายปี
“มันทำให้ฉันนึกถึงกลยุทธ์ที่ไซยาโนแบคทีเรียใช้ในเทือกเขาแอนดีส” นาตาลี คาโบรล นักโหราศาสตร์ที่ไม่เกี่ยวข้องกับการศึกษานี้ซึ่งควบคุมศูนย์วิจัยคาร์ล เซแกนแห่งสถาบัน Search for Extraterrestrial Intelligence (SETI) กล่าว Cabrol ได้ศึกษาว่าไซยาโนแบคทีเรีย หนึ่งในสิ่งมีชีวิตที่เก่าแก่ที่สุดของโลก ทนต่อรังสีแสงอาทิตย์ที่รุนแรงโดยจัดเป็นชั้นๆ ที่เซลล์ตายจากภายนอกและอยู่รอดภายในได้อย่างไร เธอพอใจกับสิ่งที่ผลลัพธ์เหล่านี้สามารถบอกเราเกี่ยวกับพวกหัวรุนแรงที่สุดในโลก
นอกเหนือจากชั้นป้องกันของเซลล์ในมวลแล้วD. radioduransมีความทนทานต่อความเสียหายจากรังสีอย่างน่าทึ่ง ยีนของพวกมันกำหนดรหัสโปรตีนเฉพาะที่ซ่อมแซม DNA ในขณะที่เซลล์ของมนุษย์มี DNA อยู่ประมาณสองสำเนา และเซลล์แบคทีเรียส่วนใหญ่มี DNA หนึ่งสำเนา แต่D. radioduransมีสำเนาซ้ำซ้อนมากถึง 10 สำเนา การมียีนที่สำคัญจำนวนมากขึ้นหมายความว่าเซลล์ต่างๆ สามารถผลิตสำเนาโปรตีนที่ซ่อมแซม DNA ที่เสียหายจากรังสีได้มากขึ้น กลไกการป้องกันโดยธรรมชาตินี้ รวมกับเซลล์ชั้นนอกที่มีการป้องกัน ทำให้จุลินทรีย์มีชีวิตอยู่ได้ แม้จะมีระดับรังสีสูงกว่าเซลล์บนโลก 200 เท่าก็ตาม
ทีมงานคาดการณ์ว่าการเดินทางไป ยังมวล D. radioduransสามารถอยู่รอดได้ระหว่างโลกกับดาวอังคารเป็นเวลาสองถึงแปดปีโดยใช้ข้อมูลของพวกเขาว่าแต่ละปีส่งผลต่อเซลล์อย่างไร และในทางกลับกัน “ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะอยู่รอดในระหว่างการขนส่ง” เขากล่าว “นั่นบอกเราว่าเราต้องพิจารณาต้นกำเนิดของชีวิต ไม่เพียงแต่บนโลกเท่านั้น แต่ยังรวมถึงบนดาวอังคารด้วย”
D. radioduransไม่ใช่สิ่งมีชีวิตเพียงชนิดเดียวที่รู้ว่าสามารถอยู่รอดได้ในอวกาศ การศึกษาก่อนหน้านี้พบว่า tardigrades ใช้เวลาเพียง 10 วันในการสัมผัสโดยตรง นักวิทยาศาสตร์ยังได้ทดสอบแบคทีเรีย BacillusและDeinococcusเป็นเวลานานในวงโคจร แต่มีการป้องกันจากรังสีที่เป็นพิษเท่านั้น
“[การศึกษาเหล่านี้] เสนอว่าสปอร์ของจุลินทรีย์สามารถอยู่รอดได้ในหิน นั่นคือlithopanspermia ” ยามากิชิกล่าว Lithopanspermia เป็นรูปแบบหนึ่งของทฤษฎีของ panspermia ซึ่งสันนิษฐานว่าสิ่งมีชีวิตบนโลกอาจมีต้นกำเนิดมาจากจุลินทรีย์ของดาวเคราะห์ดวงอื่น แต่ยามากิชิกล่าวว่าผลลัพธ์ของพวกหัวรุนแรงที่ทนต่อการสัมผัสโดยตรงเป็นเวลาหลายปีโดยไม่มีหินเป็นสาเหตุให้เกิดคำใหม่: Massapanspermia ทฤษฎีนี้ชี้ให้เห็นว่าจุลินทรีย์อาจตกลงสู่พื้นโลกเป็นกลุ่มๆ แทนที่จะเป็นก้อนหิน
อย่างไรก็ตาม ผู้เชี่ยวชาญคนอื่นๆ ลังเลที่จะยอมรับ Massapanspermia
นาตาลี เกรเฟนสเตตต์ นักโหราศาสตร์เชิงทฤษฎีที่สถาบันซานตาเฟซึ่งไม่มีส่วนเกี่ยวข้องกับงานนี้ กล่าวว่า “ฉันถูกขายไปแล้วเพราะแนวคิดที่ว่าชีวิตสามารถถ่ายโอนระหว่างโลกและดาวอังคารได้ หลักฐานของ lithopanspermia ทำให้เธอเชื่อว่าการถ่ายทอดชีวิตเป็นไปได้ แต่เธอเห็นข้อจำกัดที่สำคัญประการหนึ่งสำหรับ Massapanspermia: มวลเซลล์ที่ลอยได้อย่างอิสระจะต้องเอาชีวิตรอดจากการถูกขับออกจากดาวเคราะห์ดวงหนึ่งและกลับเข้าสู่อีกดวงหนึ่ง “สิ่งเหล่านี้เป็นข้อกำหนดที่ใหญ่มาก” เธอกล่าว เธอสงสัยว่ากลุ่มเซลล์ที่ถูกเปิดเผยจะลุกไหม้ราวกับอุกกาบาตก่อนลงจอด
Cabrol ยังตั้งคำถามถึงความเป็นไปได้ของ Massapanspermia “การแสดงให้เห็นว่าRadioduransสามารถอยู่รอดได้สามปีหากมันถูกแบ่งชั้นอยู่ไกลจากตัวเลขที่เราต้องการเพื่อให้Radioduransสามารถก้าวกระโดดไปยังดาวอังคารได้” แม้ว่าการเดินทางนานหลายปีจะเป็นไปได้ในทางทฤษฎี แต่นักวิทยาศาสตร์คาดการณ์ว่าอาจต้องใช้เวลาหลายล้านปีกว่าที่สสารจะออกจากดาวเคราะห์ดวงหนึ่งและไปยังอีกดวงหนึ่งในระบบสุริยะ
“ความเกี่ยวข้องของการศึกษาครั้งนี้น้อยกว่าในการพิสูจน์ว่า Massapanspermia หรือ Panspermia เป็นไปได้” Cabrol กล่าว “แต่สำหรับฉัน มันแสดงให้เห็นว่าเราต้อง ระวัง อย่างมากกับการปนเปื้อนของเราเมื่อเราไปดาวอังคาร”
หลายประเทศได้ลงนามในสนธิสัญญาอวกาศซึ่งห้ามมิให้นำจุลินทรีย์ (และการรั่วไหล) บนดาวเคราะห์ดวงอื่น ตัวอย่างเช่น หากยานอวกาศบังเอิญทำจุลชีพรั่วไหลบนดาวอังคาร มันก็จะทำลายภารกิจในอนาคตเพื่อค้นหาสิ่งมีชีวิตบนโลกใบนี้ นักวิทยาศาสตร์จะไม่ทราบแน่ชัดว่าตรวจพบจุลินทรีย์บนดาวอังคารหรือไม่ NASA ใช้ความพยายามอย่างมากในการฆ่าเชื้อรถแลนด์โรเวอร์ Mars 2020 โดยการอบที่อุณหภูมิปลอดเชื้อและเช็ดทุกส่วนด้วยเสื้อผ้าที่ปลอดเชื้อ การศึกษานี้เน้นย้ำถึงความสำคัญอย่างน่าประหลาดใจในการทำให้ยานอวกาศปราศจากจุลินทรีย์ทั้งหมด
ยามากิชิหวังว่าจะทำการทดลองการเปิดรับแสงมากขึ้นแม้อยู่ไกลจากโลก ซึ่งรวมถึงLunar Gateway ที่เสนอโดย NASA ใกล้ดวงจันทร์ และเพื่อตั้งคำถามเกี่ยวกับต้นกำเนิดของชีวิต ทีมของเขากำลังพัฒนากล้องจุลทรรศน์เพื่อค้นหาสิ่งมีชีวิตใต้พื้นผิวดาวอังคาร
“ในสภาพแวดล้อมที่เราไม่คิดว่าชีวิตจะอยู่รอดได้ ตอนนี้เรารู้แล้วว่าสามารถทำได้” Grefenstette กล่าว “การศึกษานี้แสดงให้เห็นเช่นกัน ดังนั้นเราจึงผลักดันอุปสรรคของสิ่งที่ชีวิตบนโลกสามารถทำได้”
